JP3188527B2 - 高分子湿度センサーの製造方法 - Google Patents

高分子湿度センサーの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高分子湿度センサーの
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高分子新素材便覧(丸善、’89.9)
P407高分子湿度センサーに掲げられている表6.2
0のように、従来の抵抗型湿度センサー材料は、イオン
性基をもつ高分子をそのまま、あるいは多孔質材料に含
浸させたもの、2官能性化合物で架橋したイオン性ポリ
マー、または非水溶性モノマーとイオン性モノマーを共
重合させたもの、さらには非水溶性ポリマーにイオン性
ポリマーをグラフト化させたものなどが知られている。
【0003】イオン性ポリマーは一般に感度が高く、応
答速度が速いことが知られている。また、ヒステリシス
も小さい利点がある。
【0004】しかしながら、水溶性であるために結露ま
たは高湿度下に長時間放置した場合等感湿膜が溶解し、
失われることがしばしば発生することが問題であった。
また、抵抗値の変化幅が大きすぎることも、回路設計上
にやや問題となっていた。このため、共重合あるいは架
橋等の方法により耐水性を向上させる試みがなされてい
る。
【0005】例えば、特開平2−253148号におい
て次のような感湿素子が提案されている。
【0006】すなわち、この感湿素子は、カチオニック
ポリマーが有する水酸基とジシアニ化合物との架橋反応
により得られた重合体に、熱硬化性モノマー又はオリゴ
マーを含浸させた後、架橋重合させることにより相互侵
入網目組織(以下、相互侵入高分子網目構造と称す)を
形成してなるものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開平
2−253148号の感湿素子においては、2つの架橋
ポリマー同士で相互侵入高分子網目構造を形成するの
で、架橋重合が必要であり、従って、第三成分すなわち
熱硬化性モノマー又はオリゴマーの含浸が必要となる。
【0008】この第三成分の含浸のため、工程数が多く
なり、しかも膜厚コントロールが困難となる問題があ
る。
【0009】さらに、この従来の相互侵入高分子網目構
造を用いたり、共重合を用いて耐水性を改善した場合は
応答速度の低下、ヒステリシスの増大、抵抗値の増大と
いったような問題があった。
【0010】本発明は、上記問題点を有することなく耐
水性を確保することのできる高分子湿度センサーを提供
することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、高分子膜の湿
度による電気抵抗の変化を検出する湿度センサーにおい
て、感湿膜が、湿度検知物質として少なくとも1種の親
水性高分子を有し、この親水性高分子が、少なくとも1
種のビニル基を有するモノマーと架橋剤として少なくと
も二官能性以上のジビニル化合物を共重合させてなる架
橋高分子とで相互侵入高分子網目構造IPN(Inter Pe
netrating Network )を形成していることを特徴とする
ものである。
【0012】上記高分子湿度センサーは、アルミナ基板
などの上に形成したクシ型電極上に、ビニル基を有する
モノマー、架橋剤、親水性ポリマーおよび重合開始剤
(光または熱)の混合物をそのまま、または水、アルコ
ールなどに溶解させた液を塗布または浸漬設層し、紫外
線、電子線などの放射線を照射して重合、架橋する方法
によって製造することができる。すなわち、本発明は以
下のとおりである。 (1) 高分子膜の湿度による電気抵抗の変化を検出す
る湿度センサーの製造方法において、感湿膜が、湿度検
知物質として少なくとも1種の親水性高分子を有し、こ
の親水性高分子が、少なくとも1種のビニル基を有する
モノマーと架橋剤として少なくとも二官能性以上のジビ
ニル化合物を共重合させてなる架橋高分子とで相互侵入
高分子網目構造を形成しており、少なくとも1種のビニ
ル基を有するモノマー、架橋剤として少なくとも二官能
性以上のジビニル化合物および湿度検知物質として少な
くとも1種の親水性高分子の混合物によって膜を形成
し、放射線を照射して重合、架橋して感湿膜を形成する
ことを特徴とする湿度センサーの製造方法。 (2) 親水性高分子が、アニオン性またはカチオン性
のイオン性高分子とその対イオンからなる上記(1)に
記載の湿度センサーの製造方法。 (3) アニオン性高分子が、ポリアクリル酸などのカ
ルボキシル基を有するポリマー、ポリスチレンスルホン
酸などのスルホン酸基を有するポリマー、リン酸基を有
するポリマーから選ばれたポリマーであり、および/ま
たはカチオン性ポリマーがアイオネンポリマー、ポリ−
N−アルキルアクリルアミド4級塩、ポリエチレンアミ
ン4級塩などアミノ基を有するポリマーの4級塩から選
ばれたポリマーである上記(1)または(2)に記載の
湿度センサーの製造方法。 (4) カチオン性高分子が第4級アンモニウム塩を主
鎖または側鎖に有するポリマーである上記(1)〜
(3)のいずれかに記載の湿度センサーの製造方法。 (5) ビニル基を有するモノマーが水溶性である上記
(1)〜(4)のいずれかに記載の湿度センサーの製造
方法。 (6) 水溶性ビニル基を有するモノマーが、アクリル
酸、メタクリル酸、アクリルアミド、N−アルキルアク
リルアミド、スチレンスルホン酸、N,N−ジメチルア
ミノエチルアクリレート、アクリロイルモルホリン、
N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、ヒド
ロキシエチルメタクリレート、N−ビニルラクタム類
(N−ビニルピロリドン)、マレイン酸、2−アクリル
アミド−2−メチルプロパンスルホン酸である上記
(1)〜(5)のいずれかに記載の湿度センサーの製造
方法。 (7) ビニル基を有するモノマーが、水溶性モノマー
と非水溶性モノマーの混合物である上記(1)〜(6)
のいずれかに記載の湿度センサーの製造方法。 (8) 架橋剤が、N,N−メチレンビスアクリルアミ
ド、トリエチレングリコールビスメタクリレートなどの
ジビニル類、ジアリル類、ジメタクリルエステル類から
選ばれた上記(1)〜(7)のいずれかに記載の湿度セ
ンサーの製造方法。 (9) アルミナ基板などの上に形成したクシ型電極上
に、ビニル基を有するモノマー、架橋剤および親水性高
分子の混合物をそのまま、または水、アルコールなどに
溶解させた液を塗布または浸漬設層し、紫外線、電子線
などの放射線を照射して重合、架橋してなる感湿膜を形
成する上記(1)〜(8)のいずれかの湿度センサーの
製造方法。 (10) 放射線照射を不活性ガス雰囲気中で行う上記
(1)〜(9)のいずれかに記載の湿度センサーの製造
方法。
【0013】
【発明の作用および効果】本発明による高分子湿度セン
サーにおいては、水溶性ポリマーの特徴を生かしなが
ら、上記架橋高分子により該水溶性ポリマーの耐水性に
乏しい欠点を改善し、感度、応答速度を向上させること
ができ、しかも容易に製造することができる。すなわ
ち、本発明の高分子湿度センサーにおいては、感湿膜を
薄膜にできるため、高感度であり、応答性が高く、ま
た、粘着性があるため、電極との密着性に優れており、
素子化の最終段階で膜付けが可能であるので、上記のよ
うな簡単な方法で製造することができる。
【0014】
【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。
【0015】親水性高分子としては、アニオン性または
カチオン性のイオン性高分子とその対イオンからなるも
のを用いることができる。
【0016】アニオン性高分子としては、ポリアクリル
酸などのカルボキシル基を有するポリマー、ポリスチレ
ンスルホン酸などのスルホン酸基を有するポリマー、リ
ン酸基を有するポリマー等を用いることができる。
【0017】アニオン性ポリマーの対イオンとしては、
少なくとも1種類の移動度が大きいカチオンを用いるこ
とが望ましい。
【0018】移動度が大きいカチオンとしては、H、L
i、Na、K、Mg、Ca、NH4を用いることができ
る。
【0019】アニオン性ポリマーの対イオンは、少なく
とも1種類の移動度の大きいカチオンと少なくとも1種
類の移動度が小さいカチオンを含むことが望ましい。こ
のとき、移動度が大きいカチオンとしては、H、Li、
Na、K、Mg、Ca、NH4 から選ばれたカチオンを
用いることができ、移動度の小さいカチオンとしては、
Al、Ba、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Pd、A
g等を用いることができる。
【0020】カチオン性高分子としては、アイオネンポ
リマー、ポリ−N−アルキルアクリルアミド4級塩、ポ
リエチレンアミン4級塩などアミノ基を有するポリマー
の4級塩から選ばれたポリマーを用いることができる。
【0021】カチオン性高分子としては、具体的には、
ポリエチレンの4級塩あるいは例えば化1で示されるよ
うなアイオノマー、例えば化2で示されるようなアクリ
ル系ポリマーを挙げることができる。
【0022】
【化1】
【0023】
【化2】
【0024】また、これらは、非イオン性モノマーとの
共重合体であってもよい。このような共重合体として
は、例えば、化3で示されるようなものがある。
【0025】
【化3】
【0026】カチオン性ポリマーの対イオンX- として
は、ハロゲン化物イオン(Br- 、I- Cl- 等)、R
−SO3 -(Rは化4に示されるものである)、SC
- 、更には化5および化6に示される金属錯体イオン
が挙げられる。
【0027】
【化4】
【0028】
【化5】
【0029】
【化6】
【0030】上記ビニルモノマーは水溶性であることが
望ましい。このとき、水溶性ビニルモノマーとしては、
アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、N−アル
キルアクリルアミド、スチレンスルホン酸、N,N−ジ
メチルアミノエチルアクリレート、アクリロイルモルホ
リン、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミ
ド、ヒドロキシエチルメタクリレート、N−ビニルラク
タム類(N−ビニルピロリドン)、マレイン酸、2−ア
クリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸を用いる
ことができる。
【0031】ビニルモノマーは、水溶性モノマーと非水
溶性モノマーの混合物であることが望ましい。
【0032】上記架橋剤としては、N,N−メチレンビ
スアクリルアミド、トリエチレングリコールビスメタク
リレートなどのジビニル類、ジアリル類、ジメタクリル
エステル類を用いることができる。
【0033】上記本高分子湿度センサーを製造する方法
において、上記放射線照射は不活性ガス雰囲気中で行う
ことが望ましい。
【0034】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。
【0035】実施例1 アクリル酸モノマー 1重量部 トリエチレングリコールビスメタクリレート 0.5重量部 ポリスチレンスルホン酸Na 30%水溶液 3重量部 イルガキュア 651 0.01重量部 純水 800重量部 を混合、溶解し、アルミナ基板上に形成したクシ型金電
極上にディッピングによって膜を形成した。乾燥後、窒
素中にて紫外線を照射して硬化させた。この素子をTD
K湿度センサー用回路を用いて測定を行なった。図1に
示したように十分な出力および出力変化を得ることがで
き、湿度を精度よく測定することができることが分かっ
た。
【0036】実施例2 アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸 1重量部 KOH 0.24 アジピン酸ジビニル 0.1 イルガキュア 651 0.005 グリセリン 0.5 水 200 ポリアクリルアミド 1重量部 を秤量し、アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホ
ン酸水溶液をKOH水溶液にて中和し、他の成分を混合
後、実施例1と同様に膜形成重合を行った。これを用い
て上記のように素子を形成し、測定を行なったところ、
実施例1と同様の特性を得た。
【0037】実施例3 アクリルアミドと化7で示される化合物との共重合体 2重量部
【0038】
【化7】
【0039】 アクリルアミド 1重量部 トリエチレングリコールビスメタクリレート 0.5重量部 イルガキュア 651 0.05重量部 純水 700重量部
【0040】以上の水溶液から、ディッピングにより成
膜し、実施例1と同様に重合を行ない、素子を形成し
て、測定を行なった。実施例1と同様の特性を得た。
【0041】以上説明したように、本発明によれば、簡
単に湿度センサーを製造することができるとともに、製
造された湿度センサーの測定精度が良好である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による湿度センサーを用いて湿
度の測定を行なった結果を示すグラフ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/12

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高分子膜の湿度による電気抵抗の変化を
    検出する湿度センサーの製造方法において、感湿膜が、
    湿度検知物質として少なくとも1種の親水性高分子を有
    し、この親水性高分子が、少なくとも1種のビニル基を
    有するモノマーと架橋剤として少なくとも二官能性以上
    のジビニル化合物を共重合させてなる架橋高分子とで相
    互侵入高分子網目構造を形成しており、少なくとも1種
    のビニル基を有するモノマー、架橋剤として少なくとも
    二官能性以上のジビニル化合物および湿度検知物質とし
    て少なくとも1種の親水性高分子の混合物によって膜を
    形成し、放射線を照射して重合、架橋して感湿膜を形成
    することを特徴とする湿度センサーの製造方法。
  2. 【請求項2】 親水性高分子が、アニオン性またはカチ
    オン性のイオン性高分子とその対イオンからなる請求項
    1に記載の湿度センサーの製造方法。
  3. 【請求項3】 アニオン性高分子が、ポリアクリル酸な
    どのカルボキシル基を有するポリマー、ポリスチレンス
    ルホン酸などのスルホン酸基を有するポリマー、リン酸
    基を有するポリマーから選ばれたポリマーであり、およ
    び/またはカチオン性ポリマーがアイオネンポリマー、
    ポリ−N−アルキルアクリルアミド4級塩、ポリエチレ
    ンアミン4級塩などアミノ基を有するポリマーの4級塩
    から選ばれたポリマーである請求項1または2に記載の
    湿度センサーの製造方法。
  4. 【請求項4】 カチオン性高分子が第4級アンモニウム
    塩を主鎖または側鎖に有するポリマーである請求項1〜
    3のいずれかに記載の湿度センサーの製造方法。
  5. 【請求項5】 ビニル基を有するモノマーが水溶性であ
    る請求項1〜4のいずれかに記載の湿度センサーの製造
    方法。
  6. 【請求項6】 水溶性ビニル基を有するモノマーが、ア
    クリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、N−アルキ
    ルアクリルアミド、スチレンスルホン酸、N,N−ジメ
    チルアミノエチルアクリレート、アクリロイルモルホリ
    ン、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、
    ヒドロキシエチルメタクリレート、N−ビニルラクタム
    類(N−ビニルピロリドン)、マレイン酸、2−アクリ
    ルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸である請求項
    1〜5のいずれかに記載の湿度センサーの製造方法。
  7. 【請求項7】 ビニル基を有するモノマーが、水溶性モ
    ノマーと非水溶性モノマーの混合物である請求項1〜6
    のいずれかに記載の湿度センサーの製造方法。
  8. 【請求項8】 架橋剤が、N,N−メチレンビスアクリ
    ルアミド、トリエチレングリコールビスメタクリレート
    などのジビニル類、ジアリル類、ジメタクリルエステル
    類から選ばれた請求項1〜7のいずれかに記載の湿度セ
    ンサーの製造方法。
  9. 【請求項9】 アルミナ基板などの上に形成したクシ型
    電極上に、ビニル基を有するモノマー、架橋剤および親
    水性高分子の混合物をそのまま、または水、アルコール
    などに溶解させた液を塗布または浸漬設層し、紫外線、
    電子線などの放射線を照射して重合、架橋してなる感湿
    膜を形成する請求項1〜8のいずれかの湿度センサーの
    製造方法。
  10. 【請求項10】 放射線照射を不活性ガス雰囲気中で行
    う請求項1〜9のいずれかに記載の湿度センサーの製造
    方法。
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